KR20110095372A - Microporous membrane and method for forming - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세다공성 막을 형성하는 방법을 기술한다. 보다 구체적으로, 개선된 재료 처리량을 갖는 다중 구역 미세다공성 막(multizone microporous membrane)을 형성하기 위하여 증기 유도 상분리(vapor induced phase separation) 기법을 이용한다.The present invention describes a method of forming a microporous membrane. More specifically, vapor induced phase separation techniques are used to form multizone microporous membranes with improved material throughput.

Description

미세다공성 막 및 그 형성 방법{MICROPOROUS MEMBRANE AND METHOD FOR FORMING}MICROPOROUS MEMBRANE AND METHOD FOR FORMING

본 발명은 미세다공성 막의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a microporous membrane.

다양한 특성을 가진 미세다공성 막은 필터, 통기성 용품, 흡수 용품, 및 의료 용품과 같은 물건을 비롯한 많은 현대적인 제품에 사용된다. 도핑 층에서의 상분리를 비롯하여 미세다공성 막을 제조하는 많은 방법이 알려져 있다. 상분리를 유발하는 조건을 조작함으로써, 생성되는 미세다공성 막에서 상이한 형태(morphology)가 발생되어 그 막을 최종 사용자의 특정 필요에 적합하게 할 수 있다.Microporous membranes with various properties are used in many modern products, including articles such as filters, breathable articles, absorbent articles, and medical supplies. Many methods are known for making microporous membranes, including phase separation in the doped layer. By manipulating the conditions that cause phase separation, different morphologies can be generated in the resulting microporous membranes to adapt the membranes to the specific needs of the end user.

상분리가 유발될 수 있는 방법 중 한 가지는 도핑 제형을 비용매(nonsolvent)와 접촉시키는 것이다. 미세다공성 막을 제조하는 방법은 미국 특허 제6,736,971호 (세일(Sale) 등); 제5,869,174호 (왕(Wang)); 제6,632,850호 (휴즈(Hughes) 등); 제4,992,221호 (말론(Malon) 등); 제6,596,167호 (지(Ji) 등); 제5,510,421호 (데니스(Dennis) 등); 제5,476,665호 (데니슨(Dennison) 등); 및 미국 특허 출원 공개 제2003/0209485호; 제2004/0084364호 (쿨스(Kools))에 더 개시된다.One way in which phase separation can occur is to contact a dope formulation with a nonsolvent. Methods for making microporous membranes are described in US Pat. No. 6,736,971 (Sale et al.); 5,869,174 (Wang); No. 6,632,850 (Hughes et al.); 4,992,221 (Malon et al.); 6,596,167 (Ji et al.); 5,510,421 (Dennis et al.); 5,476,665 (Dennison et al.); And US Patent Application Publication No. 2003/0209485; It is further disclosed in 2004/0084364 (Kools).

응결조(coagulation bath)로 도핑 층을 응결하는 것이 기재되어 있다. 도핑 층의 응결을 위한 다른 공지된 방법은 비용매를 증기 형태로 도핑 층에 도입하는 것을 포함한다.Condensation of the doped layer with a coagulation bath is described. Another known method for condensation of the dope layer comprises introducing a nonsolvent in the form of a vapor into the dope layer.

본 발명은 미세다공성 막을 형성하는 방법을 기술한다. 보다 구체적으로, 개선된 재료 처리량을 갖는 다중 구역 미세다공성 막(multizone microporous membrane)을 형성하기 위하여 증기 유도 상분리(vapor induced phase separation) 기법을 이용한다.The present invention describes a method of forming a microporous membrane. More specifically, vapor induced phase separation techniques are used to form multizone microporous membranes with improved material throughput.

일 태양에서, 둘 이상의 구역(예를 들어, 다중 구역)을 가진 미세다공성 막을 형성하는 방법이 제공된다. 막은 재료 처리량이 높은 용도에 적합하다. 본 방법은 지지체 상에 복수의 도핑 제형을 캐스팅하여 제1 주표면을 가진 다층 시트를 제공하는 단계와, 다층 시트를 제1 상대 습도 수준에 노출시켜 수증기가 제1 주표면 내로 확산하도록 하는 단계를 포함한다. 본 방법은 다층 시트를 제1 상대 습도 수준보다 높은 제2 상대 습도 수준에 노출시켜 추가 수증기가 다층 시트 내로 확산되어 상분리를 일으켜 미세다공성 막을 제공하도록 하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 미세다공성 막을 세척 및 건조시키는 단계를 포함한다.In one aspect, a method of forming a microporous membrane having two or more zones (eg, multiple zones) is provided. The membrane is suitable for applications with high material throughput. The method comprises casting a plurality of dope formulations on a support to provide a multilayer sheet having a first major surface and exposing the multilayer sheet to a first relative humidity level such that water vapor diffuses into the first major surface. Include. The method includes exposing the multilayer sheet to a second relative humidity level higher than the first relative humidity level such that additional water vapor diffuses into the multilayer sheet to cause phase separation to provide a microporous membrane. The method also includes washing and drying the microporous membrane.

일 태양에서, 제1 구역과 제2 구역을 포함하는 다중 구역 미세다공성 막이 기술된다. 다중 구역 미세다공성 막은 제1 구역의 평균 기공 직경이 제2 구역의 평균 기공 직경보다 큰 평균 기공 직경을 갖는 기공을 독립적으로 포함한다. 다중 구역 미세다공성 막은 적어도 435 lmh/㎪ (3,000 lmh/psi)의 투과 유속(water flux) 측정치와 34.4 ㎪ (5 psi) 미만의 제1 구역 압력 피크 및 103.4 ㎪ (15 psi) 미만의 초기 기포점 압력(bubble point pressure) 측정치를 포함하는 전방 유동 기포점(forward flow bubble point) 측정치를 갖는다.In one aspect, a multizone microporous membrane is described that includes a first zone and a second zone. The multi-zone microporous membrane independently comprises pores having an average pore diameter in which the average pore diameter of the first zone is larger than the average pore diameter of the second zone. Multi-zone microporous membranes have water flux measurements of at least 435 lmh / psi (3,000 lmh / psi), first zone pressure peaks below 5 psi and initial bubble points below 10 psi (15 psi). It has forward flow bubble point measurements, including bubble point pressure measurements.

<도 1>
도 1은 다중 구역 미세다공성 막의 형성 방법의 개략도.
<도 2>
도 2는 다중 구역 미세다공성 막의 개략도.
<도 3>
도 3은 3원계 상태도(ternary phase diagram)의 개략도.
<도 4>
도 4는 제1 구역과 제2 구역을 가진 실시예 1의 다중 구역 미세다공성 막의 SEM 현미경 사진 (단면도).
<도 5a>
도 5a는 도 4의 다중 구역 미세다공성 막의 제1 구역의 제1 주표면의 SEM 현미경 사진 (평면도).
<도 5b>
도 5b는 도 4의 다중 구역 미세다공성 막의 제2 구역의 제2 주표면의 SEM 현미경 사진 (평면도).
<도 6>
도 6은 실시예 1의 다중 구역 미세다공성 막 (도 4)의 전방 유동 기포점 그래프의 도식적 도면.
<도 7>
도 7은 실시예 4의 단일 구역 미세다공성 막의 SEM 현미경 사진 (단면도).
<도 8>
도 8은 실시예 4의 단일 구역 미세다공성 막(도 7)의 전방 유동 기포점 그래프의 도식적 도면.
<Figure 1>
1 is a schematic diagram of a method of forming a multizone microporous membrane.
<FIG. 2>
2 is a schematic representation of a multizone microporous membrane.
3,
3 is a schematic diagram of a ternary phase diagram.
<Figure 4>
4 is a SEM micrograph (sectional view) of the multizone microporous membrane of Example 1 having a first zone and a second zone.
Figure 5a
5A is a SEM micrograph (top view) of the first major surface of the first zone of the multizone microporous membrane of FIG. 4.
Figure 5b
FIG. 5B is a SEM micrograph (plan view) of the second major surface of the second zone of the multizone microporous membrane of FIG. 4.
6,
6 is a schematic of a forward flow bubble point graph of the multizone microporous membrane of FIG. 1 (FIG. 4).
<Figure 7>
FIG. 7 is a SEM micrograph (sectional view) of the single zone microporous membrane of Example 4. FIG.
<Figure 8>
8 is a schematic representation of a forward flow bubble point graph of the single zone microporous membrane of FIG. 4 (FIG. 7).

본 발명은 특정 실시예에 관하여 본 명세서에 기술되어 있지만, 다양한 변형, 재배치, 및 치환이 본 발명의 정신을 벗어나지 않고도 이루어질 수 있음은 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 따라서 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.While the invention has been described herein with reference to specific embodiments, it will be readily apparent to one skilled in the art that various modifications, rearrangements, and substitutions can be made without departing from the spirit of the invention. The scope of the invention is therefore limited only by the claims appended hereto.

용어 "도핑 제형"은 용매 내에 중합체 재료와 보조제를 포함하는 조성물을 말한다.The term "dope formulation" refers to a composition comprising a polymeric material and an adjuvant in a solvent.

용어 "캐스팅"은 다이를 형성(die forming)하고 도핑 제형을 층들로 침착시켜 다층 시트를 형성하는 것을 말한다.The term "casting" refers to die forming and depositing a dope formulation into layers to form a multilayer sheet.

용어 "상대 습도 수준"은 공기 중의 수증기의 농도를 말하며, 동일한 온도에서 물의 포화 증기압에 대한 혼합물 내의 수증기의 분압의 비로 정의된다. 상대 습도는 보통 백분율로 표시된다.The term "relative humidity level" refers to the concentration of water vapor in the air and is defined as the ratio of the partial pressure of water vapor in the mixture to the saturated vapor pressure of water at the same temperature. Relative humidity is usually expressed as a percentage.

용어 "상분리"(phase separation)는 균질한 시스템(예를 들어, 도핑 제형)을 둘 이상의 상으로 변환하는 것을 말한다. 상분리 메커니즘의 예는 증기 유도 상분리(VIPS; vapor induced phase separation), 열 유도 상분리(TIPS; thermal induced phase separation) 및 액체-액체 상분리 (LIPS; liquid-liquid phase separation)를 포함한다.The term "phase separation" refers to the conversion of a homogeneous system (eg, dope formulation) into two or more phases. Examples of phase separation mechanisms include vapor induced phase separation (VIPS), thermal induced phase separation (TIPS) and liquid-liquid phase separation (LIPS).

용어 "보조제"는 도핑 제형에 대한 첨가제(들)를 말한다.The term "adjuvant" refers to additive (s) for the dope formulation.

용어 "다중 구역 미세다공성 막"은 적어도 두 개의 구별되는 다공성 부분 - 이 다공성 부분의 각각은 "구역" 또는 "미세다공성 구역"으로 불림 - 을 갖는 막을 말한다.The term “multi-zone microporous membrane” refers to a membrane having at least two distinct porous portions, each of which is called a “zone” or “microporous zone”.

종점에 의한 수치 범위의 설명은 그 범위 이내에 포함된 모든 수를 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함함).The description of the numerical range by endpoint includes all numbers contained within that range (eg, 1 to 5 includes 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 and 5).

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 포함되는 바와 같이, 단수형 ("a", "an", 및 "the")은 그 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는다면, 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "화합물"을 함유하는 조성물에 대한 언급은 둘 이상의 화합물의 혼합물을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 그 내용이 명확하게 달리 지시하지 않는다면, 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 이용된다.As included in this specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural referents unless the content clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to a composition containing "a compound" includes a mixture of two or more compounds. As used in this specification and the appended claims, the term “or” is generally employed in its sense including “and / or” unless the content clearly dictates otherwise.

달리 지시되지 않는다면, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는, 양 또는 성분, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는다면, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기재된 수치 파라미터는 당업자가 본 발명의 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 최소한, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 기록된 유효 숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법의 적용에 의해 해석되어야 한다. 넓은 범주의 본 발명을 설명하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치이지만, 구체예에 설명된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 각각의 시험 측정에서 발견되는 표준 편차에서 필연적으로 생기는 오차를 고유하게 포함한다.Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities or ingredients, measurements of properties, etc., as used in this specification and claims, are to be understood as being modified in all instances by the term "about." Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the foregoing specification and the appended claims are approximations that may vary depending upon the desired properties sought by those skilled in the art using the teachings of the present invention. At the very least, each numerical parameter should be interpreted at least in terms of the number of significant digits recorded and by the application of ordinary rounding techniques. While the numerical ranges and parameters setting forth the broad scope of the invention are approximations, the numerical values set forth in the embodiments are reported as precisely as possible. However, any numerical value inherently includes an error that inevitably occurs in the standard deviation found in each test measurement.

본 발명은 VIPS 공정을 이용하여 미세다공성 막을 형성한다. 이 공정은 지지체 상에 도핑 제형을 캐스팅하여 다층 시트를 제공하는 단계, 및 다층 시트를 두 가지 상이한 상대 습도 수준에서 수증기에 노출시키는 단계를 포함한다. 다층 시트는 먼저 제1 상대 습도 수준에서 수증기에 노출된다. 수증기는 다층 시트 내로 다층 시트의 제1 주표면을 따라 확산한다. 이론에 구애되지 않고서, 제1 상대 습도에서 수증기에 노출되는 것은 다층 시트 내의 도핑 제형을 준안정 상태로 변환시키는 것으로 생각된다. 다층 시트는 이어서 제1 상대 습도 수준보다 높은 제2 상대 습도 수준에서 수증기에 노출된다. 제2 상대 습도 수준에서의 수증기는 또한 다층 시트 내로 확산하여 그 내부의 물의 농도를 증가시키고 도핑 제형 내에서의 상분리를 유도한다. 수처리된 다층 시트의 세척 및 건조 후, 시트의 원래 층들의 각각은 구별되는 미세다공성 구역이 되며, 이들은 공통 계면을 따라 서로 결합되며 함께 다중 구역 미세다공성 막을 형성한다.The present invention forms a microporous membrane using a VIPS process. This process includes casting a dope formulation on a support to provide a multilayer sheet, and exposing the multilayer sheet to water vapor at two different relative humidity levels. The multilayer sheet is first exposed to water vapor at the first relative humidity level. Water vapor diffuses along the first major surface of the multilayer sheet into the multilayer sheet. Without being bound by theory, it is believed that exposure to water vapor at the first relative humidity converts the dope formulation in the multilayer sheet into a metastable state. The multilayer sheet is then exposed to water vapor at a second relative humidity level higher than the first relative humidity level. Water vapor at the second relative humidity level also diffuses into the multilayer sheet, increasing the concentration of water therein and inducing phase separation in the dope formulations. After washing and drying the water-treated multilayer sheet, each of the original layers of the sheet become distinct microporous zones, which are joined to each other along a common interface and together form a multi-zone microporous membrane.

도 1은 상기한 방법에 의해 미세다공성 막을 형성하는 공정 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 도핑 제형은 먼저 지지체 상에 캐스팅되어 다층 시트를 형성한다. 이어서, 다층 시트는 제1 상대 습도 수준에서 수증기에 노출된 후 제2 상대 습도 수준에서 수증기에 두번째 노출된다. 제2 상대 습도 수준에의 노출 후, 미세다공성 막은 전형적으로 세척되고 건조되어 다중 구역 미세다공성 막을 제공한다.1 is a process flow diagram of forming a microporous membrane by the above method. As shown, the dope formulation is first cast on a support to form a multilayer sheet. The multilayer sheet is then exposed to water vapor at the first relative humidity level and then secondly exposed to water vapor at the second relative humidity level. After exposure to the second relative humidity level, the microporous membrane is typically washed and dried to provide a multizone microporous membrane.

도 2는 본 발명에 따른 다중 구역 미세다공성 막(200)을 예시한다. 다중 구역 미세다공성 막(200)은 제1 구역(210)과 제2 구역(220)을 갖는다. 제1 구역(210)과 제2 구역(220)은 공통 계면(230)을 따라 서로 결합된다. 제1 구역(210)과 제2 구역(220) 둘 모두는 VIPS 공정의 결과 형성된 복수의 미세기공(도시하지 않음)을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에서, 제1 구역(210)은 제2 구역(220) 내의 기공의 평균 기공 치수보다 큰 평균 기공 치수를 갖는 기공 구조를 포함한다. 제1 구역(210)의 제1 주표면(240)은 공통 계면(230)의 반대편에 위치되며, 제2 구역(220)의 제2 주표면(250)은 다중 구역 미세다공성 막(200)의 공통 계면(230)의 반대편에 위치된다.2 illustrates a multizone microporous membrane 200 according to the present invention. Multizone microporous membrane 200 has a first zone 210 and a second zone 220. The first zone 210 and the second zone 220 are coupled to each other along the common interface 230. Both first zone 210 and second zone 220 include a plurality of micropores (not shown) formed as a result of the VIPS process. In an embodiment of the invention, the first zone 210 includes a pore structure having an average pore dimension that is greater than the average pore dimension of the pores in the second zone 220. The first major surface 240 of the first zone 210 is located opposite the common interface 230, and the second major surface 250 of the second zone 220 is formed of the multi-zone microporous membrane 200. Located opposite the common interface 230.

본 발명에서 형성된 다중 구역 미세다공성 막은 응결조를 사용하지 않고 또는 다수의 단일 구역 막 층의 제작으로부터 생성된다. 응결조의 제거는 그러한 응결조와 관련 장비의 여과 및 세정의 필요성을 제거함으로써 미세다공성 막의 형성과 이전에 관련된 전체 비용을 감소시킨다. 생성된 다중 구역 미세다공성 막은 높은 재료 처리량, 빠른 물 유동 및 강한 친수성의 조합을 갖는다.The multizone microporous membrane formed in the present invention is produced without the use of a coagulation bath or from the fabrication of multiple single zone membrane layers. Removal of the coagulation bath reduces the overall costs associated with the formation and transfer of microporous membranes by eliminating the need for filtration and cleaning of such coagulation baths and associated equipment. The resulting multizone microporous membrane has a combination of high material throughput, fast water flow and strong hydrophilicity.

다양한 실시 형태에서, 도핑 제형은 중합체 재료, 보조제, 용매, 및 다층 시트의 두께에 걸쳐 상분리의 속도와 깊이를 조절하고 최종 다중 구역 미세다공성 막에서 특정 미세구조체의 형성에 영향을 주는 첨가제를 포함한다.In various embodiments, the dope formulations include polymeric materials, adjuvants, solvents, and additives that control the rate and depth of phase separation across the thickness of the multilayer sheet and affect the formation of specific microstructures in the final multizone microporous membrane. .

도핑 제형의 중합체 재료 및/또는 보조제의 농도는 각 구역 내에서 최종 미세구조체의 형성에 영향을 줄 수 있으며, 수증기가 제1 및 제2 상대 습도 수준에서 다층 내로 확산하는 정도를 촉진하며, 생성되는 미세다공성 막의 일체성(integrity)에 영향을 줄 수 있다. 간단히 말하면, 도핑 제형의 중합체 재료의 농도가 너무 낮으면, 막이 형성되지 않을 것이다. 유사하게는, 도핑 제형의 중합체 재료의 농도가 너무 높으면, 원하지 않거나 불규칙한 미세구조체가 생성될 수 있다.The concentration of polymeric material and / or adjuvant of the dope formulation can affect the formation of the final microstructures within each zone, promote the extent to which water vapor diffuses into the multilayer at the first and second relative humidity levels, It can affect the integrity of the microporous membrane. In short, if the concentration of the polymeric material of the dope formulation is too low, no film will be formed. Similarly, if the concentration of the polymeric material of the dope formulation is too high, unwanted or irregular microstructures may be created.

중합체 재료의 농도는, 부분적으로, 다층 시트 내의 층으로서 제형의 캐스팅을 용이하게 하기 위하여 도핑 제형을 위한 원하는 점도 및/또는 표면 장력을 제공하도록 선택될 수 있다. 적합한 중합체 재료는 일반적으로 수증기에의 노출시 미세기공(예를 들어, 미세구조체)을 형성할 수 있는 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 도핑 제형은, 도핑 제형의 총 중량을 기준으로, 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 범위 내의 농도를 갖는 중합체 재료를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 중합체 재료의 농도는 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 약 7 중량% 내지 약 14 중량% 범위 또는 약 9 중량% 내지 약 14 중량% 범위이다.The concentration of polymeric material can be selected, in part, to provide the desired viscosity and / or surface tension for the dope formulation to facilitate casting of the formulation as a layer in a multilayer sheet. Suitable polymeric materials generally include materials that can form micropores (eg, microstructures) upon exposure to water vapor. In some embodiments, the dope formulation comprises a polymeric material having a concentration within the range of about 5% to about 15% by weight, based on the total weight of the dope formulation. In some embodiments, the concentration of polymeric material ranges from about 7% to about 14% by weight or from about 9% to about 14% by weight based on the total weight of the dope formulation.

적어도 두 가지 상이한 도핑 제형, 즉 제1 도핑 제형 및 제2 도핑 제형으로부터 제작된 막의 제조에서, 제2 도핑 제형은 제1 도핑 제형 내의 중합체 재료의 농도보다 더 큰 중합체 재료의 농도를 가질 수 있다.In the preparation of a membrane made from at least two different dope formulations, namely a first dope formulation and a second dope formulation, the second dope formulation may have a concentration of polymer material that is greater than the concentration of the polymer material in the first dope formulation.

많은 중합체 재료는 도핑 제형에 포함시키기에 적합하며, 적합한 도핑 제형은 단일 중합체 재료 또는 중합체 재료들의 블렌드를 포함할 수 있다. 중합체 재료는 비정질, 결정질, 또는 부분 결정질일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 도핑 제형 내의 중합체 재료는 제2 도핑 제형 내의 중합체 재료와 동일하다. 다른 실시 형태에서, 제1 도핑 제형 내의 중합체 재료는 제2 도핑 제형 내의 중합체 재료와 상이하다.Many polymeric materials are suitable for inclusion in dope formulations, and suitable dope formulations may comprise a single polymeric material or a blend of polymeric materials. The polymeric material can be amorphous, crystalline, or partially crystalline. In some embodiments, the polymeric material in the first dope formulation is the same as the polymeric material in the second dope formulation. In another embodiment, the polymeric material in the first dope formulation is different from the polymeric material in the second dope formulation.

적합한 중합체 재료의 예에는, 예를 들어, 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리아릴설폰, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 예를 들어, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 셀룰로오스 에스테르, 예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트 또는 셀룰로오스 니트레이트, 폴리스티렌, 아크릴 중합체, 메타크릴 중합체, 아크릴 또는 메타크릴 중합체의 공중합체, 및 그 조합이 포함된다.Examples of suitable polymeric materials include, for example, polyethersulfones, polyetherimides, polyimides, polyamides, polysulfones, polyarylsulfones, polyvinyl chlorides, polyethylene terephthalates, polycarbonates, polyolefins, for example , Polyethylene or polypropylene, cellulose esters such as cellulose acetate or cellulose nitrate, polystyrene, acrylic polymers, methacryl polymers, copolymers of acrylic or methacryl polymers, and combinations thereof.

일부 실시 형태에서, 도핑 제형의 중합체 재료는 화학식 I에 따른 폴리에테르설폰이다.In some embodiments, the polymeric material of the dope formulation is a polyethersulfone according to formula (I).

[화학식 I][Formula I]

Figure pct00001
Figure pct00001

추가 실시 형태에서, 도핑 제형의 중합체 재료는 화학식 II에 따른 폴리에테르이미드이다.In a further embodiment, the polymeric material of the dope formulation is a polyetherimide according to formula (II).

[화학식 II]&Lt; RTI ID = 0.0 &

Figure pct00002
Figure pct00002

다양한 실시 형태에서, 적합한 도핑 제형은 제형이 다층 시트 내의 층으로 캐스팅되도록 하기에 충분히 높은 점도를 갖도록 제형화된다. 도핑 제형을 위한 적합한 점도는 캐스팅 단계 후 용융 도핑 제형을 지지하는 기재의 실제 또는 예상 선속도와 같은 소정의 공정 조건에 좌우될 수 있다. 유사하게는, 도핑 제형의 표면 장력, 일반 비드 안정성 및 기타 유체 특성과 같은 인자가 코팅 균일성을 확실히 하기 위하여 고려된다. 전술한 인자는 또한 본 발명에서 이용되는 VIPS 공정에 따른 도핑 제형 층 내로의 수증기의 확산에 영향을 줄 수 있다.In various embodiments, suitable dope formulations are formulated to have a viscosity high enough to allow the formulation to be cast into a layer in a multilayer sheet. Suitable viscosities for the dope formulations may depend on certain process conditions, such as the actual or expected linear velocity of the substrate supporting the molten dope formulation after the casting step. Similarly, factors such as surface tension, general bead stability, and other fluid properties of the dope formulation are considered to ensure coating uniformity. The aforementioned factors may also affect the diffusion of water vapor into the dope formulation layer according to the VIPS process used in the present invention.

일부 실시 형태에서, 도핑 제형을 위한 적절한 점도는 약 2,000 센티푸아즈 내지 약 8,000 센티푸아즈 범위 내이다. 일부 실시 형태에서는, 도핑 제형의 점도는 약 2,000 센티푸아즈 내지 약 7,000 센티푸아즈 범위 또는 약 3,000 센티푸아즈 내지 약 6,500 센티푸아즈 범위이다.In some embodiments, a suitable viscosity for the dope formulation is in the range of about 2,000 centipoises to about 8,000 centipoises. In some embodiments, the viscosity of the dope formulation ranges from about 2,000 centipoises to about 7,000 centipoises or from about 3,000 centipoises to about 6,500 centipoises.

본 발명에서의 도핑 제형은 적어도 하나의 용매를 포함한다. 적합한 용매는 중합체 재료를 용해시켜 균질 용액을 제공하는 것들이다. 다양한 실시 형태에서, 용매는 도핑 제형 내에 존재하는 중합체 재료, 보조제 및 임의의 선택적인 첨가제와 상용성이다. 용매의 선택은 생성되는 미세다공성 막의 특성 뿐만 아니라 VIPS 공정에서의 하나 이상의 단계에 영향을 주도록 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 용매의 선택은 다층 시트를 위한 상분리 속도, 완성된 막에 형성된 미세구조체의 유형, 또는 도핑 제형의 층 내에서의 미세구조체 형성 깊이에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 유용한 도핑 제형을 위한 용매의 예로는, 예를 들어, 물, 다이메틸 포름아미드 (DMF), N, N-다이메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리디논 (NMP), 테트라메틸우레아, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 (MEK), 메틸 아세테이트, 에틸아세테이트 및 기타 알킬 아세테이트, 다이메틸설폭사이드 (DMSO), 및 그 조합이 포함된다. 폴리에테르설폰 중합체를 이용하는 일부 실시 형태에서, 용매는 N-메틸-2-피롤리디논이다. 용매는 올리고머 또는 중합체 특성일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 도핑 제형은 하나 초과의 용매 또는 용매의 블렌드를 포함할 수 있다.The dope formulations in the present invention comprise at least one solvent. Suitable solvents are those which dissolve the polymeric material to provide a homogeneous solution. In various embodiments, the solvent is compatible with the polymeric materials, adjuvants and any optional additives present in the dope formulations. The choice of solvent can be made by one skilled in the art to influence the properties of the resulting microporous membrane as well as one or more steps in the VIPS process. For example, the choice of solvent can affect the rate of phase separation for the multilayer sheet, the type of microstructures formed in the finished membrane, or the depth of microstructure formation in the layers of the dope formulations. Examples of solvents for the dope formulations useful in the present invention include, for example, water, dimethyl formamide (DMF), N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), tetra Methylurea, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl acetate, ethyl acetate and other alkyl acetates, dimethylsulfoxide (DMSO), and combinations thereof. In some embodiments utilizing a polyethersulfone polymer, the solvent is N-methyl-2-pyrrolidinone. The solvent can be oligomeric or polymeric character. In some embodiments, the dope formulation may comprise more than one solvent or blend of solvents.

용매는 미세다공성 막을 형성하기 위하여 도핑 제형을 캐스팅하기 위한 안정한 균질 용액을 제공한다. 용매는 선택된 중합체를 그 안에서 용해시키는 능력에 따라 '우수한' 용매, '비용매', 및 '열등한' 용매로 분류된다. '우수한'으로 분류된 용매는 중합체 분자와 용매 분자 사이의 상호작용(인력)이 중합체 분자들 사이의 인력보다 큰 것들이다. 그 역은 비용매에 대해 성립한다. '열등한' 것으로 기술된 용매는 중합체와 용매 사이의 상호작용이 중합체 분자들 사이의 인력과 같은 것들이다.The solvent provides a stable homogeneous solution for casting the dope formulation to form a microporous membrane. Solvents are classified into 'good' solvents, 'non-solvent', and 'inferior' solvents, depending on their ability to dissolve the selected polymer therein. Solvents classified as 'excellent' are those in which the interaction (gravitation) between the polymer molecule and the solvent molecule is greater than the attractive force between the polymer molecules. The converse is true for nonsolvents. Solvents described as 'inferior' are those in which the interaction between the polymer and the solvent is such an attractive force between the polymer molecules.

일 실시 형태에서, 안정한 균질 도핑 제형은 선택된 중합체를 우수한 용매에 먼저 용해시켜 얻을 수 있다. 폴리에테르설폰 형태의 중합체 재료를 가진 도핑 제형의 경우, 적합한 '우수한' 용매에는 예를 들어 N-메틸-2-피롤리디논, 다이메틸아세트아미드, 다이옥산, 다이메틸설폭사이드, 클로로포름, 테트라메틸우레아, 및 테트라클로로에탄이 포함된다. 일반적으로, 우수한 용매는 상당량의 중합체 재료를 용해시킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, '우수한' 용매는 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 적어도 약 5 중량%의 중합체 농도에서 중합체 재료와 혼화성인 것이다.In one embodiment, a stable homogeneous dope formulation can be obtained by first dissolving the selected polymer in a good solvent. For dope formulations with polymeric materials in the form of polyethersulfones, suitable 'good' solvents include, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, dimethylacetamide, dioxane, dimethylsulfoxide, chloroform, tetramethylurea , And tetrachloroethane. In general, good solvents can dissolve significant amounts of polymeric material. In some embodiments, the 'good' solvent is one that is miscible with the polymeric material at a polymer concentration of at least about 5 weight percent based on the total weight of the dope formulation.

중합체와의 상용성에 대해 용매를 평가하는 한 가지 유용한 방법은 힐데브란트(Hildebrand) 용해도 파라미터를 사용하는 것이다. 이들 파라미터는 재료의 응집 에너지 밀도의 제곱근에 의해 나타내어지는 용해도 파라미터를 말하며, (압력)1/2의 단위를 가지며,One useful way to evaluate solvents for compatibility with polymers is to use Hildebrand solubility parameters. These parameters refer to solubility parameters represented by the square root of the cohesive energy density of the material, which has units of (pressure) 1/2 ,

(ΔH-RT)1/2V1 /2와 동일하며,(ΔH-RT) equal to the 1/2 V 1/2,

여기서,here,

ΔH는 재료의 몰 기화 엔탈피(molar vaporization enthalpy)이고,ΔH is the molar vaporization enthalpy of the material,

R은 보편 기체 상수이고,R is the universal gas constant,

T는 절대 온도이고,T is the absolute temperature,

V는 용매의 몰 부피이다.V is the molar volume of the solvent.

힐데브란트 용해도 파라미터는 문헌[Barton, A. F. M., "Handbook of Solubility and Other Cohesion Parameters", 2nd Ed., CRC Press, Boca Raton, Fla. (1991)]에서 용매에 대하여; 문헌["Polymer Handbook", 4th Ed., J. Brandrup & E. H. Immergut, Eds. John Wiley, NY, pp. VII 675-714 (1999)]에서 단량체 및 대표적인 중합체에 대하여; 그리고 문헌[Barton, A. F. M., "Handbook of Polymer-Liquid Interaction Parameters and Solubility Parameters", CRC Press, Boca Raton, Fla. (1990)]에서 다수의 구매가능한 중합체에 대하여 표로 만들어져 있다.Hildebrand solubility parameters are described in Barton, AFM, "Handbook of Solubility and Other Cohesion Parameters", 2 nd Ed., CRC Press, Boca Raton, Fla. (1991) for solvents; "Polymer Handbook", 4 th Ed., J. Brandrup & EH Immergut, Eds. John Wiley, NY, pp. VII 675-714 (1999) for monomers and representative polymers; And Barton, AFM, "Handbook of Polymer-Liquid Interaction Parameters and Solubility Parameters", CRC Press, Boca Raton, Fla. (1990) are tabulated for a number of commercially available polymers.

도핑 제형에 대해 선택된 보조제는 일반적으로 용매에 가용성이며 중합체 재료와 상용성이다. 보조제는 도핑 제형에 첨가되어, 이를 다층 시트 내의 층으로 캐스팅하기 전에 도핑 제형의 점도를 조절할 수 있다. 유사하게는, 도핑 제형 내의 보조제의 농도는 VIPS 공정 동안 수증기가 도핑 제형의 층 내로 확산하는 데 영향을 줄 수 있다. 보조제는 또한 도핑 제형에 첨가되어 VIPS 공정에서 상분리의 속도(동력학)를 조절할 수 있다. 일부 유용한 보조제에는, 예를 들어, 폴리(알킬렌) 글리콜, 폴리에테르 또는 그 조합이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 보조제는 폴리(에틸렌)글리콜이다.Adjuvants selected for the dope formulations are generally soluble in the solvent and compatible with the polymeric material. Adjuvants may be added to the dope formulations to control the viscosity of the dope formulations before casting them into layers in the multilayer sheet. Similarly, the concentration of the adjuvant in the dope formulation can affect the diffusion of water vapor into the layer of the dope formulation during the VIPS process. Adjuvants may also be added to the dope formulations to control the rate (kinetics) of phase separation in the VIPS process. Some useful auxiliaries include, for example, poly (alkylene) glycols, polyethers or combinations thereof. In some embodiments, the adjuvant is poly (ethylene) glycol.

선택된 농도로 도핑 제형에 첨가되는 보조제는 도핑 제형의 층 내에서 소정의 깊이에서 상분리를 일으킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, 도핑 제형의 층 내에서의 상분리의 깊이는 층의 두께의 약 5% 내지 약 100% 범위이다.Adjuvants added to the dope formulation at a selected concentration may cause phase separation at a predetermined depth within the layer of the dope formulation. In some embodiments, the depth of phase separation in the layer of the dope formulation ranges from about 5% to about 100% of the thickness of the layer.

일부 실시 형태에서, 복수의 도핑 제형 내의 보조제(들)의 농도는 상분리에 영향을 주고 다중 구역 미세다공성 막 내의 각각의 상이한 구역에 대해 상이한 기공 크기 분포와 상이한 다공성을 제공하도록 선택된다. 상이한 평균 기공 직경을 가진 구역을 갖는 다중 구역 미세다공성 막은 소정의 높은 재료 처리량 및 높은 유속 여과(flux filtration) 응용에서 유용하다.In some embodiments, the concentration of the adjuvant (s) in the plurality of dope formulations is selected to affect phase separation and provide different pore size distributions and different porosities for each different zone in the multizone microporous membrane. Multizone microporous membranes with zones with different average pore diameters are useful in certain high material throughput and high flux filtration applications.

일부 실시 형태에서, 도핑 제형 내의 보조제 농도는 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 약 60 중량% 내지 약 70 중량% 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 보조제의 농도는 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 약 60 중량% 내지 약 68 중량% 범위 또는 약 62 중량% 내지 약 68 중량% 범위이다.In some embodiments, the adjuvant concentration in the dope formulation may range from about 60% to about 70% by weight based on the total weight of the dope formulation. In some embodiments, the concentration of the adjuvant is in the range of about 60% to about 68% by weight or about 62% to about 68% by weight based on the total weight of the dope formulation.

VIPS 공정을 이용하는 다중 구역 미세다공성 막의 제조에서, 도핑 제형은 지지체 상에 먼저 캐스팅되어 다층 시트를 제공한다. 지지체는 플라스틱 또는 금속 시트일 수 있으며, 연속적이나 또는 불연속적(예를 들어, 이산적)일 수 있다. 선택된 지지체는 캐스팅 동안 그리고 제1 및 제2 가습 환경을 통한 수송 동안, 그리고 세척 및 건조 단계 동안, 도핑 제형의 적층된 층들을 위해 안정성을 제공한다.In the preparation of multizone microporous membranes using the VIPS process, the dope formulation is first cast on a support to provide a multilayer sheet. The support may be a plastic or metal sheet and may be continuous or discontinuous (eg, discrete). The selected support provides stability for the laminated layers of the dope formulation during casting and during transport through the first and second humidified environments, and during the washing and drying steps.

복수의 도핑 제형은 전형적으로 캐스팅되어 지지체 상에 다층 시트를 형성한다. 이러한 구성에서, 제1 도핑 제형 층은 제2 도핑 제형 층 상에 적층되며, 계면이 이 층들 사이에 형성된다. 제2 도핑 제형 층은 지지체 상에 직접 배치되며, 제1 도핑 제형 층은 지지체의 반대쪽에서 제2 도핑 제형의 상부에 위치된다. 생성되는 다층 시트는 제1 도핑 제형 층 상의 노출 표면과 일치하는 제1 주표면을 가진다.A plurality of dope formulations is typically cast to form a multilayer sheet on a support. In this configuration, the first dope formulation layer is laminated on the second dope formulation layer, and an interface is formed between these layers. The second dope formulation layer is disposed directly on the support and the first dope formulation layer is positioned on top of the second dope formulation on the opposite side of the support. The resulting multilayer sheet has a first major surface that coincides with the exposed surface on the first dope formulation layer.

일부 실시 형태에서, 두 개의 도핑 제형 층은 동시에 캐스팅되어 전술한 구성을 제공한다. 다수의 도핑 제형의 동시 캐스팅은 임의의 많은 공지된 기법과 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 일부 유용한 장치는 다중경로 어플리케이터(multipath applicator), 이중 나이프 오버롤 장치(dual-knife over roll device), 이중층 슬롯 공급 나이프 다이(dual layer slot fed knife die), 및 도핑 제형 캐스팅을 위해 당업계에 공지된 다른 관련 장치를 포함한다.In some embodiments, two dope formulation layers are cast simultaneously to provide the aforementioned configuration. Simultaneous casting of multiple dope formulations can be accomplished using any of a number of known techniques and devices. Some useful devices are known in the art for multipath applicators, dual-knife over roll devices, dual layer slot fed knife dies, and doping formulation castings. Other related devices.

임의의 도핑 제형 층의 두께는 당업자에게 알려진 바와 같이 몇몇 변수에 좌우된다. 예를 들어, 층의 두께는 장비 세팅(setting) 및 각 도핑 제형의 리올로지(rheology) 및 점도에 좌우될 수 있다. 부가적으로, 전술한 캐스팅 방법은 전형적으로 도핑 제형이 다층 시트로 캐스팅될 때 도핑 제형을 형상화하기 위한 다이의 사용을 필요로 한다. 결과적으로, 도핑 제형 층의 두께는 캐스팅 작업을 위해 사용되는 특정 다이 슬롯의 갭 치수(gap dimension)에 의해 직접 영향을 받는다. 더욱이, 갭 치수는, 부분적으로, 도핑 제형의 점도를 조절하기 위해 조정될 수 있다. 이중 나이프 오버롤 장치를 이용하여 도핑 제형을 캐스팅하는 경우, 갭 치수는 약 150 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터 범위일 수 있다.The thickness of any dope formulation layer depends on several variables, as known to those skilled in the art. For example, the thickness of the layer may depend on the equipment settings and the rheology and viscosity of each dope formulation. In addition, the aforementioned casting methods typically require the use of a die to shape the dope formulation when the dope formulation is cast into a multilayer sheet. As a result, the thickness of the dope formulation layer is directly influenced by the gap dimension of the particular die slot used for the casting operation. Moreover, the gap dimension can be adjusted, in part, to adjust the viscosity of the dope formulation. When casting a dope formulation using a double knife over roll apparatus, the gap dimension may range from about 150 micrometers to about 300 micrometers.

도핑 제형 층을 캐스팅하여 다층 시트를 형성한 후, 다층 시트는 층을 이룬 도핑 제형 층 내에서 상분리와 미세구조체 형성을 일으키기 위하여 적어도 두 가지의 가습 환경에 노출된다.After casting the dope formulation layer to form a multilayer sheet, the multilayer sheet is exposed to at least two humidification environments to cause phase separation and microstructure formation within the layered dope formulation layer.

미세다공성 막 형성에 적합한 도핑 제형의 디자인은 중합체 용해도의 원리, 성분의 혼화성, 및 중합체, 용매 및 물의 농도를 고려하면 더 잘 이해된다. 소정의 농도에서, 중합체 재료는 용매와 완전히 혼화성이다. 다른 농도에서는, 상분리 영역이 존재한다.The design of a dope formulation suitable for forming a microporous membrane is better understood in view of the principles of polymer solubility, miscibility of components, and concentrations of polymers, solvents and water. At certain concentrations, the polymeric material is completely miscible with the solvent. At other concentrations, there is a phase separation zone.

도 3을 참고하면, 3원계 상태도(300)가 예시적인 도핑 제형의 성분, 즉 중합체 농도, 물 농도 및 용매 농도에 대해 도시된다. 도 3은 세 가지 성분들 사이의 관계를 예시한다. 상태도(300)에서, 바이노달(binodal) 곡선(305)은 영역(320, 330)을 서술한다. 각 영역은 도핑 제형을 위한 성분 농도의 영역을 나타내며, 여기서 영역(320)은 성분들의 열역학적으로 안정한 농도를 나타내며 영역(330)은 성분의 열역학적으로 불안정한 농도를 나타낸다. 따라서, 용매 및 물 농도에 대한 중합체 농도의 관계는 바이노달 곡선(305)에 의해 서술된된다. 영역(330)은 스피노달 곡선(310)과 바이노달 곡선(305) 사이의 영역(340)을 포함하도록 추가로 분할된다. 스피노달 곡선(310)과 바이노달 곡선(305)은 소위 세타 상태(Θ)를 나타내는 지점(315)에서 교차한다. 이론에 구애됨이 없이, Θ에서, 중합체 재료 분자와 용매 분자 사이의 상호작용 힘은 동일한 중합체의 다른 분자에 대한 중합체 분자의 상호작용 힘과 동일하다. 영역(340) 내의 성분 농도를 갖는 도핑 제형은 상분리 전에 준안정 상태인 것으로 생각되는 조성물을 나타낸다. 영역(330) 내이지만 영역(340) 밖의 성분 농도를 갖는 도핑 제형은 상분리된 조성물을 나타낸다.Referring to FIG. 3, a ternary state diagram 300 is shown for the components of the exemplary dope formulation, namely polymer concentration, water concentration and solvent concentration. 3 illustrates the relationship between the three components. In state diagram 300, a binodal curve 305 depicts regions 320 and 330. Each region represents a region of component concentration for the dope formulation, where region 320 represents a thermodynamically stable concentration of the components and region 330 represents a thermodynamically unstable concentration of the component. Thus, the relationship of polymer concentration to solvent and water concentration is described by the binodal curve 305. Region 330 is further divided to include region 340 between spinodal curve 310 and binodal curve 305. Spinoidal curve 310 and binodal curve 305 intersect at point 315 representing the so-called theta state Θ. Without being bound by theory, in Θ, the interaction force between the polymer material molecule and the solvent molecule is equal to the interaction force of the polymer molecule with respect to other molecules of the same polymer. Doped formulations with component concentrations in region 340 represent compositions that are considered metastable prior to phase separation. Doped formulations with component concentrations within region 330 but outside region 340 represent phase separated compositions.

VIPS 공정을 통한 도핑 제형의 처리에서, 제형은 수증기에 노출되어 제형의 수분 함량을 증가시키고 그로 인해 용매 및 중합체의 농도를 변화시킨다. VIPS 공정은 도핑 제형에 물을 (예를 들어, 수증기로서) 첨가하고 제형의 성분 농도가 영역(320) - 상기 제형이 열역학적으로 안정함 (예를 들어, 용액임) - 으로부터 영역(340) - 상기 제형이 준안정 상태로 존재하는 것으로 생각됨 - 으로 이동할 때까지 성분 농도를 변화시킴으로써 균질 용액의 상분리를 일으키고자 한다. 제2 상대 습도 수준에서 수증기에의 적어도 한 번의 추가 노출로, 충분한 양의 수증기가 도핑 제형 내로 확산되어 제형의 성분 농도가 영역(340)으로부터 나와서 상분리가 일어나는 영역(330) 내로 추가로 제형을 이동시킬 것이다.In the treatment of dope formulations via the VIPS process, the formulations are exposed to water vapor to increase the moisture content of the formulations and thereby change the concentrations of solvents and polymers. The VIPS process adds water (eg, as water vapor) to the dope formulation and the component concentration of the formulation is from region 320, wherein the formulation is thermodynamically stable (eg, solution). It is intended to cause phase separation of the homogeneous solution by varying the component concentration until the formulation is believed to be metastable. With at least one additional exposure to water vapor at a second relative humidity level, a sufficient amount of water vapor diffuses into the dope formulation to further move the formulation into the region 330 where the component concentration of the formulation emerges from the region 340 where phase separation occurs. I will.

가습 환경(즉, 챔버 또는 스테이션)은 다층 시트의 도핑 제형에 수증기를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 수증기는 가습 챔버 내로 스팀(steam)을 주입함으로써 전달될 수 있다. 챔버 내에 위치된 센서는 실제 공기 온도 및 상대 습도%(예를 들어, 상대 습도 수준)를 모니터하기 위해 이용될 수 있다. 수증기에의 노출 시간은 이용되는 상대 습도 수준, 공기 온도 및 기체상(예를 들어, 스팀) 속도와 같은 인자에 따라 유용한 범위 내에서 변할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 다층 시트를 위한 노출 시간은, 예를 들어, 약 7.5분 내지 약 25분 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 노출 시간은, 예를 들어, 약 10분 내지 약 22.5분의 범위, 약 10분 내지 약 20분의 범위, 또는 약 12.5분 내지 약 20분의 범위일 수 있다.A humidifying environment (ie, chamber or station) can be used to deliver water vapor to the dope formulation of the multilayer sheet. For example, water vapor can be delivered by injecting steam into the humidification chamber. Sensors located within the chamber can be used to monitor actual air temperature and relative humidity percentages (eg, relative humidity levels). The exposure time to water vapor can vary within a useful range depending on factors such as the relative humidity level used, air temperature and gas phase (eg steam) velocity. In various embodiments, the exposure time for the multilayer sheet can range from about 7.5 minutes to about 25 minutes, for example. In some embodiments, the exposure time may be, for example, in the range of about 10 minutes to about 22.5 minutes, in the range of about 10 minutes to about 20 minutes, or in the range of about 12.5 minutes to about 20 minutes.

본 명세서에 기재된 중합체와 용매로 구성된 도핑 제형에 수증기를 전달하는 경우, 제1 상대 습도 수준은 약 45% 내지 약 55%의 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 상대 습도 수준은 약 46% 내지 약 54% 범위, 약 46% 내지 약 53% 범위, 또는 약 46% 내지 약 52% 범위일 수 있다. 일정 기간 동안 제1 습도 수준에서 수증기에 노출된 후, 다층 시트는 제2 상대 습도 수준에 노출되어 상분리를 유도한다. 제2 상대 습도 수준은 제1 상대 습도 수준보다 적어도 5% 더 크다. 일부 실시 형태에서, 제2 상대 습도 수준은 제1 상대 습도 수준보다 적어도 6% 더 크거나, 적어도 7% 더 크거나, 적어도 8% 더 크거나, 적어도 9% 더 크거나 또는 적어도 10% 더 크다. 제2 상대 습도 수준은 약 60% 내지 약 80% 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제2 상대 습도 수준은 약 60% 내지 약 75% 범위, 약 62% 내지 약 75% 범위, 또는 약 65% 내지 약 75% 범위일 수 있다.When delivering water vapor to a dope formulation consisting of a polymer and a solvent described herein, the first relative humidity level can range from about 45% to about 55%. In some embodiments, the first relative humidity level can range from about 46% to about 54%, from about 46% to about 53%, or from about 46% to about 52%. After being exposed to water vapor at the first humidity level for a period of time, the multilayer sheet is exposed to the second relative humidity level to induce phase separation. The second relative humidity level is at least 5% greater than the first relative humidity level. In some embodiments, the second relative humidity level is at least 6% greater, at least 7% greater, at least 8% greater, at least 9% greater, or at least 10% greater than the first relative humidity level. . The second relative humidity level can range from about 60% to about 80%. In some embodiments, the second relative humidity level can range from about 60% to about 75%, from about 62% to about 75%, or from about 65% to about 75%.

일부 실시 형태에서, 다층 시트 내의 도핑 제형은 제1 상대 습도 수준과 제2 상대 습도 수준에 중간인 상대 습도 수준에서 수분에 노출된다. 중간 상대 습도 수준은 도핑 제형의 수분 함량을 점차 증가시키기 위하여 소정의 도핑 제형에 대해 또는 소정의 처리 조건 하에서 요구될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1 상대 습도 수준은 약 45% 내지 50% 범위일 수 있으며, 중간 상대 습도 수준(예를 들어, 중간)은 약 50% 내지 55% 범위일 수 있으며, 제2 상대 습도 수준은 약 55% 내지 65% 범위일 수 있다.In some embodiments, the dope formulation in the multilayer sheet is exposed to moisture at a relative humidity level intermediate to the first and second relative humidity levels. Medium relative humidity levels may be required for certain dope formulations or under certain processing conditions in order to gradually increase the moisture content of the dope formulations. In one embodiment, the first relative humidity level can range from about 45% to 50%, the median relative humidity level (eg, medium) can range from about 50% to 55%, and the second relative humidity level May range from about 55% to 65%.

수증기의 전달 및 전술한 상대 습도 수준을 위해 사용되는 가습 환경은 약 15℃ 내지 약 55℃의 원하는 온도 범위 내에서 전형적으로 유지된다. 일부 실시 형태에서, 온도는 예컨대 약 20℃ 내지 약 50℃, 약 20℃ 내지 약 47℃, 또는 약 20℃ 내지 약 45℃일 수 있다.The humidification environment used for the delivery of water vapor and the aforementioned relative humidity levels is typically maintained within the desired temperature range of about 15 ° C to about 55 ° C. In some embodiments, the temperature can be, for example, about 20 ° C to about 50 ° C, about 20 ° C to about 47 ° C, or about 20 ° C to about 45 ° C.

수증기에의 노출 후, 생성되는 상분리된 미세다공성 막은 세척과 건조 공정을 거친다. 미세다공성 막의 세척은 도핑 제형에 사용되는 용매(물 포함)의 제거를 돕는다. 개시된 세척 단계는 막의 미세구조체가 붕괴되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 세척은 분무, 침지 및 용매와 물을 제거하기 위한 다른 기법에 의해 이루어질 수 있다. 일 실시 형태에서, 막은 유체 보유 롤러를 갖는 탱크를 통해 이동한다. 세척 후, 미세다공성 막은 대류, 공기 건조 및 진공 처리에 의해 건조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 막은 공기 중에서 주위 조건에서 건조된다.After exposure to water vapor, the resulting phase separated microporous membrane is washed and dried. Washing the microporous membrane assists in the removal of the solvents (including water) used in the dope formulations. The disclosed washing step helps to prevent the microstructure of the membrane from collapsing. Washing can be accomplished by spraying, dipping and other techniques for removing the solvent and water. In one embodiment, the membrane moves through a tank having a fluid retention roller. After washing, the microporous membrane can be dried by convection, air drying and vacuum treatment. In some embodiments, the membrane is dried at ambient conditions in air.

다중 구역 미세다공성 막에 형성된 유효 기공 크기(예를 들어, 평균 기공 직경)는 약 0.05 마이크로미터 내지 약 2 마이크로미터 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미세다공성 막으로부터의 기공 치수는, 예를 들어, 약 0.1 마이크로미터 내지 약 1.5 마이크로미터 범위 또는 약 0.2 마이크로미터 내지 약 0.8 마이크로미터 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미세다공성 막의 기공 치수는 구역 중 하나 이상의 영역의 두께에 걸쳐 거의 균일하거나 대칭적일 수 있다. 구역들은 구역의 두께의 일부를 통해 또는 구역의 전체 두께를 통해 연장되는 기공들의 대칭적 분포를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 기술된 방법에 의해 형성된 다중 구역 미세다공성 막은 그들의 각 구역의 두께를 통해 연장되는 거의 대칭적인 기공 분포를 가진 적어도 두 개의 구역을 포함한다.The effective pore size (eg, average pore diameter) formed in the multizone microporous membrane can range from about 0.05 micrometers to about 2 micrometers. In some embodiments, the pore dimensions from the microporous membrane can be, for example, in the range of about 0.1 micrometers to about 1.5 micrometers or in the range of about 0.2 micrometers to about 0.8 micrometers. In some embodiments, the pore dimensions of the microporous membrane can be nearly uniform or symmetrical over the thickness of one or more regions of the zone. The zones may have a symmetrical distribution of pores extending through a portion of the thickness of the zone or through the entire thickness of the zone. In some embodiments, the multizone microporous membrane formed by the described method includes at least two zones with nearly symmetrical pore distributions extending through the thickness of their respective zones.

막의 기공 크기는 상분리 동안 형성된 미세구조체 내의 개구의 평균 직경을 말한다. 기공 크기는, 예를 들어, 기포점 압력 방법에 의해 측정될 수 있다. 일부 다른 기공 크기 및 기공 크기 분포 측정 방법은, 예를 들어, 용질 보존, 및 유동/압력 기법을 포함할 수 있다. 기공 직경은 또한 다공성 분석(porometry analysis)에 의해 그리고 기포점의 별도 측정에 의해 개산될 수 있으며, 높은 기포점은 더 조밀하거나 더 작은 기공을 나타낸다.The pore size of the membrane refers to the average diameter of the openings in the microstructures formed during phase separation. Pore size can be measured, for example, by the bubble point pressure method. Some other pore size and pore size distribution measurement methods may include, for example, solute retention, and flow / pressure techniques. Pore diameters can also be estimated by porometry analysis and by separate measurement of bubble points, with higher bubble points representing denser or smaller pores.

다중 구역 미세다공성 막은 그들의 각 구역 내에 상이한 기공 치수를 가진 적어도 두 개의 구역을 포함하여 형성될 수 있다.Multizone microporous membranes may be formed comprising at least two zones with different pore dimensions within their respective zones.

본 명세서에 기술된 방법에 의해 형성된 미세다공성 막은 제1 구역과 제2 구역을 가진 다중 구역 미세다공성 막을 제공한다. 제1 구역의 기공은 제2 미세구조체를 제공하는 제2 구역에 형성된 기공보다 큰 기공 치수를 가진 제1 미세구조체를 제공한다.The microporous membrane formed by the method described herein provides a multizone microporous membrane having a first zone and a second zone. The pores in the first zone provide a first microstructure having a larger pore dimension than the pores formed in the second zone providing the second microstructure.

형성된 미세구조체는 도핑 제형과 처리 파라미터에 좌우될 수 있다. 제1 및 제2 미세구조체는 막을 통한 연속 또는 불연속 경로를 제공할 수 있다. 미세구조체의 형성은 도핑 제형의 성분(예를 들어, 중합체 재료, 코팅 보조제, 비용매) 중 일부의 농도와 수증기 농도에 좌우될 수 있다. 미세구조체의 형태(예를 들어, 대칭 또는 비대칭)는 추가로 도핑 제형의 계량(예를 들어, 층 두께), 상대 습도 수준 및/또는 상분리의 속도에 좌우될 수 있다. 형태는 또한 상분리 메커니즘과 관련 압력 및 온도 처리 조건에 좌우될 수 있다.The microstructures formed may depend on the dope formulation and the processing parameters. The first and second microstructures can provide a continuous or discontinuous path through the membrane. The formation of the microstructures may depend on the concentration and water vapor concentration of some of the components of the dope formulations (eg, polymeric materials, coating aids, nonsolvents). The shape (eg symmetric or asymmetric) of the microstructures may further depend on the metering (eg layer thickness), relative humidity level and / or rate of phase separation of the dope formulation. The form may also depend on the phase separation mechanism and the associated pressure and temperature processing conditions.

일부 실시 형태에서, 미세다공성 막의 제1 구역은 제2 구역의 평균 기공 치수보다 큰 평균 기공 치수를 갖는다. 제1 구역의 평균 기공 치수 대 제2 구역의 평균 기공 치수의 비는, 예를 들어, 약 10:1 내지 약 2:1 범위일 수 있다.In some embodiments, the first zone of the microporous membrane has an average pore dimension that is greater than the average pore dimension of the second zone. The ratio of the average pore size of the first zone to the average pore size of the second zone can be, for example, in the range of about 10: 1 to about 2: 1.

형성된 미세다공성 막의 두께는, 캐스팅될 때의 도핑 제형 층의 두께와, 후속 용매 제거 및 이어지는 미세다공성 막의 세척과 건조 단계에 좌우될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미세다공성 막의 두께는, 예를 들어, 약 125 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터 범위일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 미세다공성 막의 두께는 약 125 마이크로미터 내지 약 145 마이크로미터 범위, 약 125 마이크로미터 내지 약 140 마이크로미터 범위, 또는 약 125 마이크로미터 내지 약 135 마이크로미터 범위일 수 있다.The thickness of the microporous membrane formed may depend on the thickness of the dope formulation layer when cast and subsequent solvent removal and subsequent washing and drying steps of the microporous membrane. In some embodiments, the thickness of the microporous membrane can be, for example, in a range from about 125 micrometers to about 150 micrometers. In some embodiments, the thickness of the microporous membrane may range from about 125 micrometers to about 145 micrometers, from about 125 micrometers to about 140 micrometers, or from about 125 micrometers to about 135 micrometers.

일 실시 형태에서, 제1 구역의 두께는 다중 구역 미세다공성 막의 제2 구역의 두께보다 크다. 다른 실시 형태에서, 제1 구역의 두께는 다중 구역 미세다공성 막의 제2 구역의 두께와 동일하다.In one embodiment, the thickness of the first zone is greater than the thickness of the second zone of the multizone microporous membrane. In another embodiment, the thickness of the first zone is the same as the thickness of the second zone of the multizone microporous membrane.

본 발명의 방법에 의해 형성된 다중 구역 미세다공성 막은 여과 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구역은 큰 입자를 포획하기 위한 전처리 필터(pre-filter)로 작용할 수 있으며, 제2 구역은 작은 입자를 포획할 수 있다.Multizone microporous membranes formed by the process of the invention can be used in filtration applications. For example, the first zone can act as a pre-filter to capture large particles, and the second zone can capture small particles.

제1 구역과 제2 구역을 포함하는 다중 구역 미세다공성 막은 평균 기공 직경을 가진 기공들을 포함한다. 제1 구역의 평균 기공 직경은 일반적으로 제2 구역의 평균 기공 직경보다 크다.Multizone microporous membranes comprising a first zone and a second zone comprise pores having an average pore diameter. The average pore diameter of the first zone is generally greater than the average pore diameter of the second zone.

일 태양에서, 본 발명에서 형성된 다중 구역 미세다공성 막은 적어도 435 lmh/㎪ (3,000 lmh/psi)의 투과 유속 측정치와 34.4 ㎪ (5 psi) 미만의 제1 구역 압력 피크 및 103.4 ㎪ (15 psi) 미만의 초기 기포점 압력 측정치를 포함하는 전방 유동 기포점 측정치를 갖는다.In one aspect, the multizone microporous membrane formed in the present invention has a permeation flow rate measurement of at least 435 lmh / psi (3,000 lmh / psi) and a first zone pressure peak of less than 3 psi (5 psi) and less than 15 psi (103.4 psi). Has a forward flow bubble point measurement comprising an initial bubble point pressure measurement.

일부 실시 형태에서, 조합된 미세다공성 막은 단일 구역 미세다공성 막에 라미네이팅된, 이미 기술된 다중 구역 미세다공성 막을 포함하여 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "단일 구역 미세다공성 막"은 단일 도핑 제형의 기포 유도 상분리로부터 생성되는 적어도 하나의 다공성 구역을 갖는 미세다공성 막을 말한다. 일부 실시 형태에서, 단일 구역 막은 둘 이상의 층을 가질 수 있으나, 생성되는 막 구역은 실질적으로 동일한 평균 기공 직경을 가질 것이다. 그러한 단일 구역 막은 다중 구역 미세다공성 막에 대해 본 명세서에 기술된 것과 동일한 방식으로, 그러나 동일하거나 또는 적어도 실질적으로 동일한 제1 및 제2 도핑 제형을 이용하여 제조된다. 단일 구역 막은 두 개의 '구역'을 포함하는데, 이들 두 구역 모두는 동일한 형태 및 평균 기공 크기를 가지며, 결과적으로 단일 여과 구역을 형성한다.In some embodiments, the combined microporous membrane can be formed including the previously described multizone microporous membrane, laminated to a single zone microporous membrane. As used herein, the term “single zone microporous membrane” refers to a microporous membrane having at least one porous zone resulting from bubble induced phase separation of a single dope formulation. In some embodiments, a single zone membrane may have more than one layer, but the resulting membrane zones will have substantially the same average pore diameter. Such single zone membranes are prepared in the same manner as described herein for multizone microporous membranes, but using the same or at least substantially the same first and second dope formulations. Single zone membranes comprise two 'zones', both of which have the same shape and average pore size, resulting in a single filtration zone.

다중 구역 미세다공성 막과 단일 구역 미세다공성 막의 라미네이션은 가압 또는 가열 방법을 비롯한 공지의 라미네이션 기법을 이용하고/하거나 적합한 첨가제 또는 접착제를 이용하여 이루어질 수 있다. 생성되는 용품은 단일 구역 막이 제2 구역의 주표면에 고정된 (예를 들어, 라미네이팅된) 다층 미세다공성 막으로 구성된 조합된 미세다공성 막으로 불린다.Lamination of the multi-zone microporous membrane and the single-zone microporous membrane may be accomplished using known lamination techniques, including pressurization or heating methods, and / or using suitable additives or adhesives. The resulting article is called a combined microporous membrane consisting of a multilayer microporous membrane in which a single zone membrane is fixed (eg, laminated) to the major surface of the second zone.

본 발명에서 형성된 다중 구역 막은 적어도 두 개의 막의 라미네이션에 의해 형성된 조합된 막을 필요로 하지 않게 된다. 기술된 방법에 의해 형성된 미세다공성 막은 제조 비용을 감소시키고 제조 효율을 증가시킬 수 있다. 시트에 수증기를 전달하여 다층 시트에 상분리를 일으키도록 가습 환경을 사용하는 것은 응결조 및 다중 세척 단계를 필요로 하지 않게 된다.Multizone membranes formed in the present invention do not require a combined membrane formed by lamination of at least two membranes. The microporous membrane formed by the described method can reduce manufacturing costs and increase manufacturing efficiency. Using a humidifying environment to deliver water vapor to the sheets to cause phase separation in the multilayer sheet eliminates the need for coagulation baths and multiple cleaning steps.

본 명세서에 개시된 다중 구역 미세다공성 막은 높은 재료 처리량을 갖는다. 다중 구역 미세다공성 막은 약학, 생물학, 의학, 식품 및 음료 응용에 사용될 수 있다. 카트리지, 입구, 출구, 및 카트리지 내에 위치되는 다중 구역 미세다공성 막을 포함하는 필터 조립체가 주거용, 상업용 그리고 산업용으로 사용될 수 있다.The multizone microporous membranes disclosed herein have a high material throughput. Multizone microporous membranes can be used in pharmaceutical, biological, medical, food and beverage applications. Filter assemblies comprising a cartridge, an inlet, an outlet, and a multizone microporous membrane located within the cartridge can be used for residential, commercial, and industrial use.

본 발명은 하기의 비제한적인 실시예에 의해 더 명확해질 것이다.The invention will be further clarified by the following non-limiting examples.

실시예Example

달리 언급하지 않는 한, 이하의 실시예들에서 보고되는 모든 부(part), 퍼센트 및 비가 중량 기반이고, 실시예에서 사용되는 모든 반응물이 이하에 기술되는 화학물질 공급자로부터 획득한 것이거나 이용가능하거나 종래의 기법에 의해 합성될 수 있다.Unless otherwise noted, all parts, percentages, and ratios reported in the following examples are weight based, and all reactants used in the examples are obtained from, or available from, the chemical suppliers described below. It can be synthesized by conventional techniques.

초기 기포점 압력 (IBP) - ASTM 표준 E-128-99 (2005). IBP 측정치는 불소화합물계 FC-43 (미국 미주리주 세인트루이스 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))을 갖는 47 ㎜ 직경의 예비-습윤 미세다공성 막에서 기록하였다.Initial Bubble Point Pressure (IBP)-ASTM Standard E-128-99 (2005). IBP measurements were recorded on a 47 mm diameter pre-wet microporous membrane with fluorine compound FC-43 (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO).

물 유량 (WFR) - WFR 측정치는 미세다공성 막에서 기록하였다. 이 막은 아이소프로판올과 탈이온수로 예비-습윤시켰다. 100 ㎖의 탈이온수가 감압(59 ㎝ Hg) 하에서 미세다공성 막을 통과하는 데 필요한 기간(length of time)을 기록하였다. WRF 방법은 추가로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제7,125,603호 및 제6,878,419호 (메켈라(Mekela) 등)에 기재되어 있다.Water Flow Rate (WFR)-WFR measurements were recorded on the microporous membrane. This membrane was pre-wet with isopropanol and deionized water. The length of time required for 100 mL of deionized water to pass through the microporous membrane under reduced pressure (59 cm Hg) was recorded. WRF methods are further described in US Pat. Nos. 7,125,603 and 6,878,419 (Mekela et al.), Incorporated herein by reference.

진한 당밀 처리량(Robust Molasses Throughput; RMT) - RMT 측정치는 0.1 wt% 당밀 용액 (미국 뉴저지주 파르시파니 소재의 비앤지 푸즈, 인코포레이티드(B&G Foods, Incorporated))을 이용하여 멀티스테이션 스탠드(예를 들어, 동일한 공정 조건 하에서 동시에 여러 실험을 수행하기 위한 다중 샘플 스테이션)에서 기록하였다. 당밀 용액을 47 ㎜ 직경의 미세다공성 막 디스크를 통해 48 ㎖/min의 일정한 부피 유량으로 펌핑시켰다. 미세다공성 막을 60 wt.% 아이소프로판올 / 40 wt.% 탈이온수의 용액 블렌드로 예비-습윤시켰다. 여과액의 축적 부피 (㎖)를 172 ㎪ (킬로파스칼) (25 psi (파운드/제곱인치))의 경막 압력(trans-membrane pressure)이 이루어졌을 때 취하였다.Robust Molasses Throughput (RMT)-RMT measurements are based on a multistation stand (e.g., B & G Foods, Incorporated, Parsippany, NJ) For example, in multiple sample stations for conducting several experiments simultaneously under the same process conditions. The molasses solution was pumped through a 47 mm diameter microporous membrane disk at a constant volumetric flow rate of 48 ml / min. The microporous membrane was pre-wet with a solution blend of 60 wt.% Isopropanol / 40 wt.% Deionized water. The accumulation volume (ml) of the filtrate was taken when a trans-membrane pressure of 172 kPa (25 psi (lb / square inch)) was achieved.

전방 유동 기포점 (FFBP) - FFBP 측정치는 아이소프로판올/탈이온수 (60/40 vol./vol.) 혼합물로 예비습윤된 47 ㎜ 직경 막을 이용하여 기록하였다. 다중 구역 미세다공성 막의 경우, 제1 구역 압력 피크와 초기 기포점 압력 측정치를 기록하였다. FFBP 측정치는 유사하게는 미국 특허 제4,341,480호 (폴(Pall) 등), 미국 특허 제6,413,070호 (메예링(Meyering) 등), 및 미국 특허 제6,994,789호 (세일(Sale) 등)에 기술된다.Forward Flow Bubble Point (FFBP) —FFBP measurements were recorded using a 47 mm diameter membrane prewet with an isopropanol / deionized water (60/40 vol./vol.) Mixture. For multizone microporous membranes, the first zone pressure peak and initial bubble point pressure measurements were recorded. FFBP measurements are similarly described in US Pat. No. 4,341,480 (Pall et al.), US Pat. No. 6,413,070 (Meyering et al.), And US Pat. No. 6,994,789 (Sale et al.).

비교예 1 및 비교예 2 (CE1 및 CE2)Comparative Example 1 and Comparative Example 2 (CE1 and CE2)

구배 형태를 가진 상용의 2층 막을 조사하였다: CE1 - 멸균 고용량 (SHC) (미국 매사추세츠주 빌레리카 소재의 밀리포어(Millipore)), 및 CE2 - 듀라페스(DuraPES) TM-600 (독일 부페르탈 소재의 멤브라나(Membrana)).Commercial two-layer membranes with gradient form were investigated: CE1-sterile high dose (SHC) (Millipore, Billerica, Mass.), And CE2-DuraPES TM-600 (Germany Wuppertal). Membrana).

실시예 1Example 1

도핑 제형을 제조하여 이중-나이프 오버롤 장치로 전달하였다. 제1 도핑 제형 (제1 도핑)은 1-메틸-2-피롤리디논 (NMP; 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 시그마-알드리치) / 폴리에틸렌 글리콜 (PEG-400, (미국 미주리주 세인트루이스 소재의 시그마-알드리치))의 용액 블렌드 (27.3 / 63 wt.%)에 용해된 9.7 wt.% 폴리에테르설폰 (라델(Radel) H-2000P; 미국 조지아주 알파레타 소재의 솔베이(Solvay))을 포함하였다. 제2 도핑 제형 (예를 들어, 제2 도핑)은 1-메틸-2-피롤리디논 (NMP) / 폴리에틸렌 글리콜 (PEG-400)의 용액 블렌드 (17 / 69 wt%)에 용해된 14 wt.% 폴리에테르설폰 (미국 미주리주 세인트루이스 소재의 시그마-알드리치)을 포함하였다.Doped formulations were prepared and delivered to the double-knife rollover device. The first doping formulation (first doping) was 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) / polyethylene glycol (PEG-400, (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) 9.7 wt.% Polyethersulfone (Radel H-2000P; Solvay, Alpharetta, GA) dissolved in a solution blend (27.3 / 63 wt.%) The second dope formulation (eg, the second dope) is 14 wt. Dissolved in a solution blend (17/69 wt%) of 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) / polyethylene glycol (PEG-400). % Polyethersulfone (Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri).

제1 및 제2 도핑 제형을 0.41 미터/분(m/min)의 선속도로 이송되는 125 마이크로미터 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 필름 (미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)) 상에 공-캐스팅(co-cast)하였다. 이중 나이프 오버롤 장치의 갭 치수는 제2 도핑 제형에 대해 150 마이크로미터로 설정하였으며, 갭 치수는 제1 도핑 제형에 대해 225 마이크로미터로 설정하였다. 제1 도핑 제형과 제2 도핑 제형의 점도는 각각 3,000 센티푸아즈(cp) 및 7,500 cp였다. 제1 도핑 및 제2 도핑 제형을 이들 두 제형 사이에 계면을 형성하는 포개진 층으로서 캐스팅하여 다층 시트를 제공하였다.125 micrometer-thick polyethylene terephthalate (PET) film (3M Company, St. Paul, Minn.) Conveying the first and second dope formulations at a linear speed of 0.41 meters / minute (m / min) Co-cast onto the bed. The gap dimension of the double knife over roll apparatus was set to 150 micrometers for the second dope formulation and the gap dimension to 225 micrometers for the first dope formulation. The viscosity of the first and second dope formulations was 3,000 centipoise (cp) and 7,500 cp, respectively. The first and second dope formulations were cast as nested layers forming an interface between these two formulations to provide a multilayer sheet.

다층 시트를 제1 및 제2 가습 환경 챔버와 세척 및 건조 섹션을 갖는 7.31 미터 길이의 공기-부상 건조기 라인 내로 도입하였다. 제1 및 제2 가습 환경 챔버의 각각은 길이가 대략 2.45 m였다. 챔버 내로 스팀을 주입하여 제1 및 제2 상대 습도 수준을 이루었다. 가습 챔버의 상대 습도는 스팀 주입기의 하류에 위치된 바늘 밸브에 의해 제어하였다. 습도 센서를 이용하여 챔버 내의 실제 온도와 상대 습도%를 모니터링하였다. 다층 시트를, 수증기가 제1 주표면 내로 확산되도록 제1 가습 챔버에서 45℃에서 56%의 제1 상대 습도 수준에 노출시켰다. 이어서, 다층 시트를 제2 가습 챔버에서 43.3℃에서 65%의 제2 상대 습도 수준에 노출시켜 상분리를 일으켰다. 생성되는 용품을 세척하고 건조시켜 다중 구역 미세다공성 막을 제공하였다.The multilayer sheet was introduced into a 7.31 meter long air-floating dryer line with first and second humidified environmental chambers and wash and dry sections. Each of the first and second humidified environmental chambers was approximately 2.45 m in length. Steam was injected into the chamber to achieve first and second relative humidity levels. The relative humidity of the humidification chamber was controlled by a needle valve located downstream of the steam injector. A humidity sensor was used to monitor the actual temperature and relative humidity in the chamber. The multilayer sheet was exposed to a first relative humidity level of 56% at 45 ° C. in a first humidification chamber to allow water vapor to diffuse into the first major surface. The multilayer sheet was then exposed to a second relative humidity level of 65% at 43.3 ° C. in a second humidification chamber to cause phase separation. The resulting article was washed and dried to provide a multizone microporous membrane.

도 4는 실시예 1에 따른 다중 구역 미세다공성 막(400)의 미세다공성 구조를 단면으로 보여주는 SEM 현미경 사진이다. 다중 구역 미세다공성 막(400)은 두 개의 구별되는 기공 크기를 갖는 두 개의 개별 구역을 포함한다. 제1 구역(405)은 약 0.6 마이크로미터의 기공 크기를 가지며, 제2 구역(410)은 계면(415)에 의해 분리된 약 0.2 마이크로미터의 기공 크기를 갖는다. 다중 구역 미세다공성 막(400)의 제1 구역(405)은 전처리 여과 막 특징을 제공할 수 있으며, 제2 구역(410)은 예컨대 고처리량 여과 응용에서 멸균 막 특징을 제공할 수 있다.4 is a SEM micrograph showing in cross section the microporous structure of the multizone microporous membrane 400 according to Example 1. FIG. Multizone microporous membrane 400 includes two separate zones having two distinct pore sizes. The first zone 405 has a pore size of about 0.6 micrometers and the second zone 410 has a pore size of about 0.2 micrometers separated by the interface 415. The first zone 405 of the multizone microporous membrane 400 can provide pretreatment filtration membrane characteristics, and the second zone 410 can provide sterile membrane characteristics, for example, in high throughput filtration applications.

도 5a는 도 4의 제1 구역(405)의 제1 주표면을 예시하는 SEM 현미경 사진(평면도)이다. 도 5b는 도 4의 제2 구역(410)의 제2 주표면을 예시하는 SEM 현미경 사진(평면도)이다.FIG. 5A is an SEM micrograph (top view) illustrating a first major surface of the first zone 405 of FIG. 4. FIG. 5B is an SEM micrograph (top view) illustrating a second major surface of the second zone 410 of FIG. 4.

실시예 1에 대한 FFBP 곡선이 도 6에 예시된다. 이 곡선은 제1 구역과 제2 구역을 갖는 다중 구역 형태를 입증한다. 도 6에서, 제1 구역 압력 피크는 질소가 제1 구역을 세정할 때 약 27.5 ㎪ (4 psi)에서 나타난다. 약 78.1 ㎪ (11.34 psi)에서의 벌크 유동(bulk flow)은 적절한 질소압이 다중 구역 미세다공성 막의 제2 구역을 세정하기 위해 도달했음을 나타낸다. 실시예 1로부터의 시험 결과는 표 1에 나타난다.The FFBP curve for Example 1 is illustrated in FIG. 6. This curve demonstrates a multizone morphology with a first zone and a second zone. In FIG. 6, the first zone pressure peak appears at about 27.5 kPa (4 psi) when nitrogen cleans the first zone. Bulk flow at about 11.34 psi indicates that the appropriate nitrogen pressure has been reached to clean the second zone of the multizone microporous membrane. The test results from Example 1 are shown in Table 1.

실시예 2Example 2

다중 구역 미세다공성 막을, 하기는 예외로 하고서 실시예 1과 유사한 방식으로 형성하였다: 폴리에테르설폰 중합체 (울트라손(Ultrson) E-6020; 바스프(BASF), 위치)를 제1 및 제2 도핑 제형에 이용하였으며; 제1 습도 수준은 45℃에서 50%였으며, 제2 습도 수준은 43℃에서 65%였다. 생성되는 FFBP 프로파일 (도시 안함)은 31 ㎪ (4.5 psi)의 제1 구역 압력 피크를 갖는 다중 구역 형태를 입증하였다. 실시예 2로부터의 시험 결과는 표 1에 나타난다.Multizone microporous membranes were formed in a manner similar to Example 1, with the following exceptions: Polyethersulfone polymer (Ultrson E-6020; BASF, position) was prepared with first and second dope formulations. Used for; The first humidity level was 50% at 45 ° C. and the second humidity level was 65% at 43 ° C. The resulting FFBP profile (not shown) demonstrated a multizone morphology with a first zone pressure peak of 31 psi (4.5 psi). The test results from Example 2 are shown in Table 1.

실시예 3Example 3

다중 구역 미세다공성 막을, 하기는 예외로 하고서 실시예 1과 유사한 방식으로 형성하였다: 제1 도핑 층을 전달하기 위한 이중 나이프 오버롤 장치의 갭 치수는 350 마이크로미터로 설정하였으며; 제2 도핑 층을 전달하기 위한 갭 치수는 125 마이크로미터로 설정하였으며; 제1 상대 습도 수준은 47.2℃에서 48%였으며; 제2 상대 습도 수준은 45.6℃에서 70%였다. 생성되는 FFBP 프로파일 (도시 안함)은 31 ㎪ (4.5 psi)의 제1 구역 압력 피크를 갖는 다중 구역 형태를 입증하였다. 실시예 3으로부터의 시험 결과는 표 1에 나타난다.Multizone microporous membranes were formed in a manner similar to Example 1 with the following exceptions: The gap dimension of the double knife over roll apparatus for delivering the first doped layer was set to 350 micrometers; The gap dimension for delivering the second doped layer was set to 125 micrometers; The first relative humidity level was 48% at 47.2 ° C .; The second relative humidity level was 70% at 45.6 ° C. The resulting FFBP profile (not shown) demonstrated a multizone morphology with a first zone pressure peak of 31 psi (4.5 psi). The test results from Example 3 are shown in Table 1.

실시예 4Example 4

조합된 막의 제작에 사용하기 위하여 단층 단일 구역 미세다공성 막 (멸균 등급 막)을 제조하였다. 단일 구역 미세다공성 막은 실시예 1의 이중 나이프 오버롤 장치를 이용하여 형성하였다. 실시예 2의 제2 도핑 제형을 캐스팅하고 45℃에서 43%의 제1 상대 습도 수준에 노출시켰다. 이어서, 단일 도핑 제형 층을 43.3℃에서 65%의 제2 상대 습도 수준에 노출시켰다. 생성되는 재료를 세척하고 건조시켰다.Monolayer single zone microporous membranes (sterile grade membranes) were prepared for use in the fabrication of the combined membranes. Single zone microporous membranes were formed using the double knife over roll apparatus of Example 1. The second dope formulation of Example 2 was cast and exposed to a first relative humidity level of 43% at 45 ° C. The single dope formulation layer was then exposed to a second relative humidity level of 65% at 43.3 ° C. The resulting material was washed and dried.

도 7은 단일 구역 미세다공성 막의 단면의 SEM 현미경 사진이며, 단일 구역 미세다공성 막의 전체 두께를 통한 대칭적인 형태를 보여준다.7 is a SEM micrograph of the cross section of a single zone microporous membrane, showing symmetrical morphology through the entire thickness of the single zone microporous membrane.

실시예 4에 대한 FFBP 곡선이 도 8에 예시된다. 이 곡선은 단일 구역 형태를 입증한다. 도 8에서, 질소 (g)는 약 241.3 ㎪ (35 psi)의 피크에서 단일 구역을 세정한다. 단일 구역 미세다공성 막을 시험하였으며, 그 결과는 표 1에 예시된다.The FFBP curve for Example 4 is illustrated in FIG. 8. This curve demonstrates a single zone morphology. In FIG. 8, nitrogen (g) washes a single zone at a peak of about 241.3 kPa (35 psi). Single zone microporous membranes were tested and the results are illustrated in Table 1.

도 7의 단일 구역 미세다공성 막은 다중 구역 미세다공성 막에 적용되어 (예를 들어, 라미네이팅되어) 조합된 미세다공성 막을 형성할 수 있다. 조합된 미세다공성 막은 멸균 막으로서 단일 구역 막 (제1 층)과, 전처리 여과 막으로서 기능하는 다중 구역 미세다공성 막 (제2 층)을 가질 수 있다.The single zone microporous membrane of FIG. 7 can be applied to (eg, laminated) a multizone microporous membrane to form a combined microporous membrane. The combined microporous membrane can have a single zone membrane (first layer) as a sterile membrane and a multizone microporous membrane (second layer) that functions as a pretreatment filtration membrane.

Figure pct00003
Figure pct00003

본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 요소들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.Various modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention, and it should be understood that the invention is not limited to the exemplary elements described herein.

Claims (20)

지지체 상에 복수의 도핑 제형을 캐스팅하여 제1 주표면을 가진 다층 시트를 제공하는 단계;
제1 상대 습도 수준에 다층 시트를 노출시켜 수증기가 제1 주표면 내로 확산하도록 하는 단계;
제1 상대 습도 수준보다 높은 제2 상대 습도 수준에 다층 시트를 노출시켜 추가 수증기가 다층 시트 내로 확산되어, 상분리를 일으켜 미세다공성 막을 제공하도록 하는 단계;
미세다공성 막을 세척하는 단계; 및
미세다공성 막을 건조시키는 단계
를 포함하는 미세다공성 막을 형성하는 방법.
Casting a plurality of dope formulations on a support to provide a multilayer sheet having a first major surface;
Exposing the multilayer sheet to a first relative humidity level such that water vapor diffuses into the first major surface;
Exposing the multilayer sheet to a second relative humidity level higher than the first relative humidity level such that additional water vapor diffuses into the multilayer sheet, causing phase separation to provide a microporous membrane;
Washing the microporous membrane; And
Drying the microporous membrane
Method for forming a microporous membrane comprising a.
제1항에 있어서, 복수의 도핑 제형을 캐스팅하는 단계는 제1 도핑 제형과 제2 도핑 제형을 캐스팅하여 다층 시트를 제공하는 것을 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein casting the plurality of dope formulations comprises casting the first and second dope formulations to provide a multilayer sheet. 제2항에 있어서, 제1 도핑 제형은 제2 도핑 제형과 동일한 제형인 방법.The method of claim 2, wherein the first dope formulation is the same formulation as the second dope formulation. 제1항에 있어서, 각각이 중합체 재료, 보조제(adjuvant) 및 용매를 포함하는 복수의 도핑 제형을 제형화하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, further comprising formulating a plurality of dope formulations each comprising a polymeric material, an adjuvant, and a solvent. 제4항에 있어서, 복수의 도핑 제형 중 각각의 제형 내의 중합체 재료는 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 나일론, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리아릴설폰, 폴리비닐 클로라이드, 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 셀룰로오스 물질, 폴리스티렌, 아크릴 중합체, 메타크릴 중합체, 아크릴 또는 메타크릴 중합체의 공중합체, 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 4, wherein the polymer material in each of the plurality of dope formulations is polyethersulfone, polyetherimide, nylon, polyimide, polyamide, polysulfone, polyarylsulfone, polyvinyl chloride, polyalkylene terephthalate , Polycarbonates, polyolefins, cellulosic materials, polystyrenes, acrylic polymers, methacryl polymers, copolymers of acrylic or methacryl polymers, and combinations thereof. 제4항에 있어서, 보조제는 폴리(알킬렌 글리콜), 폴리에테르, 또는 그 조합을 포함하는 방법.The method of claim 4, wherein the adjuvant comprises poly (alkylene glycol), polyether, or a combination thereof. 제6항에 있어서, 폴리(알킬렌 글리콜)은 폴리(에틸렌 글리콜)인 방법.The method of claim 6, wherein the poly (alkylene glycol) is poly (ethylene glycol). 제4항에 있어서, 제1 도핑 제형과 제2 도핑 제형의 보조제의 농도는 독립적으로 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 약 60 내지 약 70 중량% 범위인 방법.The method of claim 4, wherein the concentration of the adjuvant of the first and second dope formulations independently ranges from about 60 to about 70 weight percent based on the total weight of the dope formulation. 제4항에 있어서, 제2 도핑 제형의 중합체 재료의 농도는 제1 도핑 제형의 중합체 재료의 농도보다 큰 방법.The method of claim 4, wherein the concentration of polymeric material of the second dope formulation is greater than the concentration of polymeric material of the first dope formulation. 제4항에 있어서, 제1 도핑 제형과 제2 도핑 제형의 중합체 재료의 농도는 독립적으로 도핑 제형의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 15 중량% 범위인 방법.The method of claim 4, wherein the concentration of polymeric material of the first and second dope formulations independently ranges from about 5 to about 15 weight percent based on the total weight of the dope formulation. 제1항에 있어서, 제2 상대 습도 수준은 제1 상대 습도 수준보다 적어도 5% 더 큰 방법.The method of claim 1, wherein the second relative humidity level is at least 5% greater than the first relative humidity level. 제11항에 있어서, 제1 상대 습도 수준은 약 45 내지 약 55% 범위이며, 제2 상대 습도 수준은 약 60 내지 약 80% 범위인 방법.The method of claim 11, wherein the first relative humidity level ranges from about 45 to about 55% and the second relative humidity level ranges from about 60 to about 80%. 제1항에 있어서, 다층 시트를 노출시키는 단계는 다층 시트를 중간 습도 수준에 노출시키는 것을 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein exposing the multilayer sheet further comprises exposing the multilayer sheet to intermediate humidity levels. 제13항에 있어서, 중간 습도 수준은 제1 상대 습도 수준과 제2 상대 습도 수준의 중간인 방법.The method of claim 13, wherein the intermediate humidity level is halfway between the first relative humidity level and the second relative humidity level. 제1 구역의 평균 기공 직경이 제2 구역의 평균 기공 직경보다 큰 평균 기공 직경을 가진 기공을 독립적으로 포함하는 제1 구역과 제2 구역을 포함하며, 적어도 435 lmh/㎪ (3,000 lmh/psi)의 투과 유속(water flux) 측정치와 34.4 ㎪ (5 psi) 미만의 제1 구역 압력 피크 및 103.4 ㎪ (15 psi) 미만의 초기 기포점 압력(bubble point pressure) 측정치를 포함하는 전방 유동 기포점(forward flow bubble point) 측정치를 갖는 다중 구역 미세다공성 막.At least 435 lmh / psi (3,000 lmh / psi) comprising at least 435 lmh / cc (3,000 lmh / psi), the first and second zones independently comprising pores having an average pore diameter greater than the average pore diameter of the second zone; Flow forward measurement, including water flux measurements of &lt; RTI ID = 0.0 &gt; and &lt; / RTI &gt; a first zone pressure peak of less than 5 psi and an initial bubble point pressure measurement of less than 10 psi. multi-zone microporous membrane with flow bubble point measurements. 제15항에 있어서, 제1 구역은 제1 두께를 가지고 제2 구역은 제2 두께를 가지며, 제1 두께는 제2 두께보다 큰 다중 구역 미세다공성 막.The multizone microporous membrane of claim 15, wherein the first zone has a first thickness and the second zone has a second thickness, wherein the first thickness is greater than the second thickness. 제15항에 있어서, 제1 구역은 평균 기공 직경이 약 0.5 마이크로미터 내지 약 0.7 마이크로미터 범위이며, 제2 구역은 평균 기공 직경이 약 0.1 마이크로미터 내지 약 0.3 마이크로미터 범위인 다중 구역 미세다공성 막.The multizone microporous membrane of claim 15, wherein the first zone has an average pore diameter in the range of about 0.5 micrometers to about 0.7 micrometers, and the second zone has an average pore diameter in the range of about 0.1 micrometers to about 0.3 micrometers. . 제15항에 있어서, 제1 구역과 제2 구역은 독립적으로 대칭 형태(symmetrical morphology)를 갖는 다중 구역 미세다공성 막.The multizone microporous membrane of claim 15, wherein the first and second zones independently have symmetrical morphology. 단일구역 미세다공성 막에 라미네이팅된 제15항의 다중 구역 미세다공성 막을 포함하며, 단일구역 미세다공성 막은 제2 구역에 인접하여 라미네이팅되며, 단일구역 미세다공성 막의 평균 기공 직경은 제2 구역의 평균 기공 직경보다 작은 조합된 미세다공성 막.The multi-zone microporous membrane of claim 15 laminated to a single-zone microporous membrane, wherein the single-zone microporous membrane is laminated adjacent to the second zone and the average pore diameter of the single-zone microporous membrane is greater than the average pore diameter of the second zone. Small combined microporous membrane. 입구 및 출구를 가진 카트리지, 및 카트리지 내에 위치되는 제15항의 다중 구역 미세다공성 막을 포함하는 필터 조립체.A filter assembly comprising a cartridge having an inlet and an outlet, and the multi-zone microporous membrane of claim 15 located within the cartridge.
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